Umfassender Leitfaden zum Wasserstrahlschneidprozess

In der zerspanenden Industrie werden beim Drehen und Drahterodieren Maschinen spielen eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung verschiedener Produkte. Wasserstrahlschneiden bietet auch spezielle Vorteile für bestimmte Anwendungen. In diesem Artikel werden Definitionen, Vorteile, Anwendungen und mehr erläutert.

Was ist Wasserstrahlschneiden?

Wasserstrahlschneiden ist ein Verfahren, bei dem ein Hochdruckwasserstrahl, oft gemischt mit einem Schleifmittel, verwendet wird, um eine Vielzahl von Materialien, darunter Metalle und Verbundwerkstoffe, präzise zu schneiden. Darüber hinaus wird bei diesem Verfahren ein Wasserstrahlschneider als primäres Industriewerkzeug zum Schneiden, Reiben und Formen von Materialien verwendet. Im Gegensatz zum CNC-Schneiden und Laser schneiden, Wasserstrahlschneiden ist ein kaltes Schneidverfahren, bei dem keine Hitze entsteht.

Wie funktioniert Wasserstrahlschneiden?

Der Prozess des Wasserstrahlschneidens umfasst mehrere wichtige Schritte und Komponenten:

1. Hochdruckpumpe: Zunächst einmal erzeugt die Hochdruckpumpe einen Wasserstrahl mit extrem hohem Druck, normalerweise zwischen 20.000 und 60.000 psi. Darüber hinaus umfasst sie zwei verschiedene Pumpentypen, von direkt angetriebenen Pumpen bis hin zu Druckübersetzerpumpen.
2. Wasserstrahlbildung: Anschließend wird das unter hohem Druck stehende Wasser durch eine winzige Öffnung mit einem Durchmesser von normalerweise 0,1–0,50 mm geleitet, die das Wasser auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.
3. Schneidkopf und Düse: Der Hochdruck- oder Abrasivwasserstrahl wird dann durch einen Schneidkopf geleitet. Diese Schneidstruktur enthält eine kleine, präzisionsgefertigte Saphir- oder Diamantdüse, die den Wasserstrahl fokussiert und formt.
4. CNC-System: Darüber hinaus ist der Schneidkopf gemäß der programmierten Konstruktion auf einem CNC-Portalsystem montiert. Daher kann er die Düse präzise entlang des gewünschten Schneidpfads bewegen.
5. Materialschneiden: Wenn der Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahl oder der Abrasiv-Wasserstrahl auf das Werkstück trifft, erodiert er und schneidet durch das Material. Die Tiefe und Qualität des Schnitts hängen von Faktoren wie Druck, Durchflussrate, Abrasivart und Schnittgeschwindigkeit ab.
6. Abfallbeseitigung: Das verbrauchte Wasser und die Schleifmittel werden in einem Wassertank oder einer Auffangschale unter dem Werkstück aufgefangen, sodass die Abfälle problemlos entsorgt oder recycelt werden können.

Arten von Wasserstrahlschneidern

Die Schneidleistung von Wasserstrahlschneidmaschinen hängt von mehreren Faktoren ab, darunter Wasserdruck, Art und Durchflussrate des Schleifmittels, Düsendurchmesser, Schnittgeschwindigkeit und die physikalischen Eigenschaften des Materials. Im Folgenden finden Sie einige gängige Wasserstrahlschneider.

1. Reine Wasserstrahlschneider:

Diese Schneidemaschinen werden zum Schneiden weicherer Materialien wie Schaumstoff, Gummi und einiger Kunststoffe verwendet und verwenden einen Hochdruck-Wasserstrahl ohne zusätzliche Schleifmittel. Die Düsenbreite dieser Maschinen reicht normalerweise von 0,1 mm bis zu 0,08 mm. Daher sind sie im Allgemeinen präziser und erzeugen eine sauberere Schnittkante als abrasive Wasserstrahlschneider.  

2. Abrasive Wasserstrahlschneider:

Diese Schneidegeräte verwenden einen Hochdruckwasserstrahl, der mit einem abrasiven Material wie Granat vermischt ist, um eine Vielzahl von Materialien zu schneiden. Beim Abrasivstrahl-Schneidverfahren werden Düsen mit einem größeren Durchmesser (bis zu 0,375 mm) verwendet als bei reinen Wasserstrahlsystemen.

Darüber hinaus können einige abrasive Wasserstrahlbearbeitungswerkzeuge Drücke von bis zu 6000 Atmosphären erzeugen. Darüber hinaus erhöht das abrasive Material die Schneidleistung und wird häufig zum Schneiden von Metallen, Stein, Glas und anderen harten Materialien verwendet.

3. Hybrid-Wasserstrahlschneider:

Diese Schneidemaschinen vereinen die Eigenschaften von Abrasiv- und Reinwasserstrahlschneidern. Je nach zu schneidendem Material können diese Schneidemaschinen zwischen der Verwendung von abrasivem Wasser und Reinwasser wechseln.

Die Multifunktionalität dieser Hybrid-Wasserstrahlschneidmaschinen ermöglicht die Bearbeitung einer größeren Bandbreite an Materialien und Stärken und verbessert so die Anpassungsfähigkeit und Effizienz der Schneidemaschinen.

4. 3D-Wasserstrahlschneider:

Diese fortschrittlichen Schneidemaschinen können den Schneidkopf in mehreren Achsen bewegen, was das 3D-Schneiden und Formen von Materialien ermöglicht. Darüber hinaus werden sie häufig für komplexe, komplizierte Schnitte und zum Erstellen von 3D-geformten Teilen verwendet.

Verfügbare Materialien für Wasserstrahlschneider

Wasserstrahlschneidemaschinen können auf einer Vielzahl von Materialien komplexe Formen und Muster erzeugen. Nachfolgend sind einige häufig verwendete Materialien aufgeführt.

Metalle:

• Stahl (Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl)
• Aluminium
• Titan
• Hastelloy

Kunststoffe und Verbundwerkstoffe:

• Acryl (PMMA)
• Polycarbonat (PC)
• Polyethylen (PE)
• Polypropylen (PP)

Glas und Glaslaminate:

• Schwimmendes glas
• Gehärtetes Glas
• Verbundglas
• Kugelsicheres Glas

Stein und Keramik:

• Natursteine: Granit, Marmor, Kalkstein
• Kunststein: Quarz, feste Oberflächenmaterialien
• Technische Keramik: Aluminiumoxid, Zirkonoxid

Tipps und Tricks zum Wasserstrahlschneiden

Hier finden Sie einige hilfreiche Tipps und Tricks, um die Leistung und Vielseitigkeit des Wasserstrahlschneidsystems zu maximieren.

• Düsenauswahl: Wählen Sie je nach Materialstärke und Komplexität die passende Düsengröße.
• Schleifmittelauswahl: Wählen Sie die richtige Art und Größe des Schleifmaterials wie Granat und Aluminium.
• Schnittwinkel- und Konussteuerung: Passen Sie den Schnittwinkel an, um die Verjüngung zu minimieren und saubere, rechtwinklige Schnitte sicherzustellen. Optimieren Sie außerdem die Schnittgeschwindigkeit und den Wasserdruck, um die Verjüngung weiter zu minimieren.
• Wasserdruck und Durchflussrate: Behalten Sie den entsprechenden Wasserdruck und die entsprechende Durchflussrate für das jeweilige Material und die jeweilige Dicke bei.
• Piercing- und Schneidetechniken: Nutzen Sie vorgebohrte Löcher oder durchstechen Sie das Werkstück, um den Schneidvorgang zu starten.
• Werkstückspannung und -unterstützung: Klemmen Sie das Werkstück sicher fest, um Vibrationen zu vermeiden und ein präzises Schneiden zu gewährleisten.
• Wartung und Optimierung: Führen Sie regelmäßige Wartungen am Wasserstrahlsystem durch, von der Düse über die Pumpe bis hin zum Strahlmittelzufuhrsystem.  

Vorteile und Grenzen des Wasserstrahlschneidens

Die Wasserstrahlschneidtechnologie bietet durch ihren speziellen Bearbeitungsansatz mehrere Vorteile. Allerdings gibt es bei diesem Verfahren auch einige Einschränkungen.

Vorteile:

• Präzision und Genauigkeit: Erreicht enge Toleranzen und komplizierte, komplexe Designs durch präzise Kontrolle des Schneidvorgangs.
• Wärmefreies Schneiden: Erzeugt keine nennenswerte Wärme, wodurch thermische Verformungen oder Schäden am Werkstück vermieden werden.
• Minimale Schnittbreite: Durch die schmale Schnittbreite von typischerweise 0,08–0,25 mm entsteht weniger Materialabfall und die Teile können enger verschachtelt werden.
• Zusätzliche Veredelung: Erhält die ursprünglichen Materialeigenschaften und macht eine Nachbearbeitung überflüssig.
• Bewältigt dicke Materialien: Schneidet effektiv durch dicke Materialien, oft bis zu 150 mm oder mehr.

Einschränkungen

• Langsamere Schnittgeschwindigkeit: Hat im Allgemeinen eine langsamere Schnittgeschwindigkeit als das Laserschneiden oder Plasmaschneiden.
• Lärm und Wasserverbrauch: Relativ laut und benötigt eine erhebliche Menge Wasser.
• Schleifmittelwartung: Um eine gleichbleibende Leistung zu gewährleisten, muss bei einem Abrasiv-Wasserstrahlschnitt das Strahlmittel regelmäßig nachgefüllt werden.
• Einschränkungen für empfindliche Materialien: Extrem empfindliche oder zerbrechliche Materialien, die durch den Hochdruck-Wasserstrahl beschädigt werden könnten.

Wenn Sie die Vorteile und Grenzen des Wasserstrahlschneidens verstehen, können Sie dessen Eignung für Ihre spezifischen Fertigungsanforderungen und Anwendungen besser beurteilen.

Anwendungen des Wasserstrahlschneidens

1. Luft-und Raumfahrtindustrie: This process plays a crucial role in this field for producing various components, from turbine blades to fuselages.
2. Automobilindustrie: It facilitates rapid prototyping and design iterations by providing clean, precise cuts without the need for extensive post-processing. Therefore, it is commonly found in cutting automotive parts, including interiors, glass, and metal sheets.
3. Medizinische Industrie: The water jet equipment has greatly increased productivity and cutting speed due to its excellent precision and stringent tolerances. As such, it also finds application in creating a wide range of chirurgische Ausrüstung, wie Skalpelle, Pinzetten, orthopädische Implantate, und mehr.
4. Elektronik-Industrie: It is capable of cutting and shaping printed circuit boards without causing thermal damage, ensuring high accuracy.

Andere Arten von Schneidtechnologien

1. Laser schneiden

• Verwendet einen fokussierten, hochenergetischen Laserstrahl zum Schmelzen und Verdampfen von Materialien
• Erzeugt sehr feine, detaillierte Schnitte mit einer kleinen Wärmeeinflusszone
• Ideal zum Schneiden dünner, empfindlicher Materialien wie Metalle, Kunststoffe und Textilien
• Bietet hohe Geschwindigkeit und Automatisierungsmöglichkeiten
• Häufig eingesetzt in der Elektronik, Konsumgüter- und Blechbearbeitung

2. Plasmaschneiden

• Verwendet einen Hochtemperatur-Ionengasstrahl zum schnellen Schneiden metallischer Werkstoffe
• Bietet hohe Schnittgeschwindigkeiten und die Fähigkeit, dicke Materialien zu schneiden
• Erzeugt einen relativ breiten Schnitt im Vergleich zu anderen Methoden
• Kann für Massenproduktionsanwendungen automatisiert werden
• Wird häufig in der Stahlverarbeitung, im Schiffbau und im Bauwesen verwendet

3. Funkenerosion

• Verwendet elektrische Entladungen, um Material von einem Werkstück zu entfernen
• Ermöglicht die Erstellung komplexer, komplizierter Formen aus harten, leitfähigen Materialien
• Besonders nützlich für die Bearbeitung von Teilen mit engen Toleranzen und empfindlichen Merkmalen
• Reduziert das Risiko einer Deformation durch Vermeidung des direkten Kontakts zwischen Werkzeug und Werkstück
• Produziert Formen, Matrizen und andere Präzisionskomponenten in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Elektronik

4. CNC-Bearbeitung

• Verwendet computergesteuerte Werkzeuge, um mechanisch Material von einem Werkstück zu entfernen
• Bietet hervorragende Maßgenauigkeit und Oberflächengüte
• Kann eine breite Palette von Materialien verarbeiten, von Metallen bis zu Verbundwerkstoffen
• Geeignet für die Herstellung komplexer, dreidimensionaler Formen
• Funde in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und im industriellen Anlagenbau

Fazit

Water jet machining has emerged as one of the fastest-developing machining processes due to its ability to deliver high-quality cuts through a diverse range of materials. Additionally, the process is environmentally friendly, as it does not involve the application of heat.

Aufgrund der Hochdrucknatur des Wasserstrahlschneidprozesses erfordern industrielle Anwendungen in jeder Phase eine sorgfältige Handhabung durch erfahrene Experten. Runsom-Präzision ist ein Full-Service-Hersteller von Rapid Prototyping-Lösungen aus einer Hand, spezialisiert auf CNC-Bearbeitung, sheet metal fabrication, rapid injection molding, and a wide range of surface finishing options. Thus, at Runsom Precision, you can access our professional CNC experts to address all your water jet machining needs.  Please feel free to contact our experts and request a free quote for your project requirements.